Κ Ε Φ Α Λ Α Ι Ο 23 : Η ρύθμιση της δομής της χρωματίνης

1. Κ Ε Φ Α Λ Α Ι Ο 23 :Η ρύθμιση της δομής της χρωματίνης Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

2. Εικόνα 23.1Σύμφωνα με το μοντέλο ισορροπίας, η κατάληψη ή όχι μιας θέσης πρόσδεσης στο DNA εξαρτάται από τη συγκέντρωση της πρωτεΐνης που προσδένεται σ’ αυτήν. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

3. Εικόνα 23.2Εάν σε έναν υποκινητή σχηματιστούν νουκλεοσώματα, οι μεταγραφικοί παράγοντες και η RNA πολυμεράση δεν μπορούν να προσδεθούν σ’ αυτόν. Αντίθετα, εάν οι μεταγραφικοί παράγοντες και η RNA πολυμεράση προσδεθούν πρώτοι στον υποκινητή και καθιερώσουν ένα σταθερό σύμπλοκο έναρξης, τότε η πρόσδεση των ιστονών δεν είναι δυνατή. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

4. Εικόνα 23.3Το δυναμικό μοντέλο για τη μεταγραφή της χρωματίνης προβλέπει τη δράση παραγόντων οι οποίοι χρησιμοποιούν την ενέργεια που παράγεται από την υδρόλυση του ATP για να εκτοπίσουν τα νουκλεοσώματα από συγκεκριμένες περιοχές του DNA. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

5. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004 Εικόνα 23.4Τα σύμπλοκα αναδιαμόρφωσης μπορούν να προωθήσουν την ολίσθηση των νουκλεοσωμάτων κατά μήκος του DNA, να εκτοπίσουν ολοκληρωτικά τα νουκλεοσώματα από το DNA ή να αλλάξουν την απόσταση διαδοχικών νουκλεοσωμάτων.

6. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004 Εικόνα 23.5Τα σύμπλοκα αναδιαμόρφωσης μπορούν να ταξινομηθούν σύμφωνα με την υπομονάδα ATPάσης που περιλαμβάνουν.

7. Εικόνα 23.6Ένα σύμπλοκο αναδιαμόρφωσης προσδένεται στη χρωματίνη μέσω ενός ενεργοποιητή ή ενός καταστολέα. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

8. Εικόνα 23.7Ο ορμονικός υποδοχέας HR και ο παράγοντας NF1 δεν μπορούν να προσδεθούν ταυτόχρονα στον υποκινητή MMTV αν αυτός έχει μορφή γραμμικού DNA, αλλά μπορούν να προσδεθούν αν το DNA βρίσκεται στην επιφάνεια ενός νουκλεοσώματος. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

9. Εικόνα 23.8Οι Ν-τελικές ουρές των ιστονών H3 και H4 μπορούν να ακετυλιωθούν, να μεθυλιωθούν ή να φωσφορυλιωθούν σε αρκετές θέσεις. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

10. Εικόνα 23.9Η ακετυλίωση των ιστονών H3 και H4 σχετίζεται με την ενεργή ενώ η μεθυλίωση με την ανενεργή κατάσταση της χρωματίνης. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

11. Εικόνα 23.10Οι περισσότερες θέσεις τροποποίησης των ιστονών υφίστανται ένα μοναδικό, ειδικό τύπο τροποποίησης. Ωστόσο, μερικές άλλες θέσεις μπορεί να αποτελούν στόχους περισσότερων τύπων τροποποίησης. Ορισμένες τροποποιήσεις μπορεί να σχετίζονται με συγκεκριμένες λειτουργίες της χρωματίνης. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

12. Εικόνα 23.11Στη φάση της αντιγραφής, οι ιστόνες υφίστανται ακετυλίωση πριν ενσωματωθούν σε νουκλεοσώματα. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

13. Εικόνα 23.12Η ακετυλίωση που σχετίζεται με την ενεργοποίηση της γονιδιακής έκφρασης πραγματοποιείται με άμεση τροποποίηση των ιστονών που συγκροτούν τα νουκλεοσώματα. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

14. Εικόνα 23.13Οι συνενεργοποιητές μπορεί να διαθέτουν ενεργότητες HAT, οι οποίες ακετυλιώνουν τις ουρές των νουκλεοσωμικών ιστονών. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

15. Εικόνα 23.14Τα σύμπλοκα που τροποποιούν τη δομή της χρωματίνης ή την ενεργότητά της φέρουν υπομονάδες στόχευσης που καθορίζουν τις θέσεις δράσης τους πάνω στο DNA, ενζυμικές υπομονάδες HAT ή HDAC που ακετυλιώνουν ή απακετυλιώνουν τις ιστόνες, καθώς και άλλες υπομονάδες που ασκούν επιπλέον επιδράσεις στη χρωματίνη ή στο DNA. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

16. Εικόνα 23.15Ένα σύμπλοκο καταστολής αποτελείται από τρία μέρη: μία υπομονάδα πρόσδεσης στο DNA, ένα συγκαταστολέα και μία απακετυλάση των ιστονών. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

17. Εικόνα 23.16Η ακετυλίωση των ιστονών ενεργοποιεί τη χρωματίνη, ενώ η μεθυλίωση του DNA και των ιστονών απενεργοποιεί τη χρωματίνη. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

18. Εικόνα 23.17Η ενεργοποίηση ενός υποκινητή περιλαμβάνει αρχικά την πρόσδεση ενός ειδικού ενεργοποιητή και στη συνέχεια τη στρατολόγηση και τη δράση ενός συμπλόκου αναδιαμόρφωσης και ενός συμπλόκου ακετυλίωσης της χρωματίνης. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

19. Εικόνα 23.18Τα πολυταινικά χρωμοσώματα μεταλλαγμένων μυγών οι οποίες στερούνται κινάσης JIL-1 έχουν ανώμαλη μορφολογία και είναι συμπυκνωμένα και όχι εκτεταμένα. Η φωτογραφία είναι ευγενική προσφορά της Kirsten M. Johansen. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

20. Εικόνα 23.19Το φαινόμενο της ποικιλότητας λόγω θέσης στο χρώμα του ματιού της μύγας προκύπτει όταν το γονίδιο white ενσωματώνεται κοντά σε ετεροχρωματίνη. Τα κύτταρα στα οποία το white είναι απενεργοποιημένο σχηματίζουν λευκές περιοχές στο μάτι, ενώ τα κύτταρα στα οποία το white παραμένει ενεργό σχηματίζουν κόκκινες περιοχές. Η ένταση του φαινομένου καθορίζεται από το πόσο κοντά στην ετεροχρωματίνη βρίσκεται το ενσωματωμένο γονίδιο. Η φωτογραφία είναι ευγενική προσφορά του Steve Henikoff. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

21. Εικόνα 23.20Η εξάπλωση της ετεροχρωματίνης απενεργοποιεί τα παρακείμενα γονίδια. Η πιθανότητα να απενεργοποιηθεί ένα γονίδιο εξαρτάται από την απόσταση που το χωρίζει από τον πυρήνα πολυμερισμού της ετεροχρωματίνης. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

22. Εικόνα 23.21Η ενεργότητα της χρωματίνης επηρεάζεται από διαφορετικές τροποποιήσεις της ουράς της H3. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

23. Εικόνα 23.22Η SUV39H1 είναι μια μεθυλοτρανσφεράση των ιστονών που επιδρά στη 9Lys της ιστόνης H3. Ακολούθως, η HP1 προσδένεται στη μεθυλιωμένη αυτή ιστόνη. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

24. Εικόνα 23.23Η μεθυλίωση της ιστόνης H3 δημιουργεί μια θέση πρόσδεσης για την HP1. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

25. Εικόνα 23.24Η πρόσδεση της HP1 στη μεθυλιωμένη ιστόνη H3 αποτελεί το έναυσμα για την αποσιώπηση της χρωματίνης, επειδή επιπλέον μόρια HP1 προσδένονται διαδοχικά το ένα δίπλα στο άλλο πάνω στη διάταξη των νουκλεοσωμάτων. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

26. Εικόνα 23.25Ο σχηματισμός της ετεροχρωματίνης αρχίζει όταν η RAP1 προσδένεται στο DNA. Οι SIR3/SIR4 προσδένονται στη RAP1, καθώς και στις ιστόνες H3/H4. Το σύμπλοκο πολυμερίζεται κατά μήκος της χρωματίνης και είναι δυνατόν να συνδέει τα τελομερή με το πυρηνικό πλέγμα. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

27. Εικόνα 23.26Οι πρωτεΐνες της ομάδας Pc-G δεν προκαλούν την καταστολή, αλλά είναι υπεύθυνες για τη διατήρησή της. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

28. Εικόνα 23.27Διαφορετικοί οργανισμοί χρησιμοποιούν διαφορετικούς μηχανισμούς αντιστάθμισης της γονιδιακής δόσης, προκειμένου να εξισωθεί η έκφραση του χρωμοσώματος X μεταξύ αρσενικών και θηλυκών ατόμων. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

29. Εικόνα 23.28Η φυλοσύνδετη ποικιλομορφία προκύπτει λόγω τυχαίας απενεργοποίησης διαφορετικού χρωμοσώματος Χ σε κάθε προγονικό κύτταρο. Κύτταρα στα οποία το ενεργό χρωμόσωμα Χ φέρει το αλληλόμορφο + έχουν φαινότυπο άγριου τύπου, ενώ κύτταρα στα οποία το ενεργό χρωμόσωμα Χ φέρει το αλληλόμορφο - εκδηλώνουν το μεταλλαγμένο φαινότυπο. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

30. Εικόνα 23.29Ο μηχανισμός απενεργοποίησης του Χ βασίζεται στη σταθεροποίηση του RNA του Xist, το οποίο καλύπτει το ανενεργό χρωμόσωμα. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

31. Εικόνα 23.30Μια πρωτεΐνη SMC αποτελεί μια «μονάδα κίνησης» («walker module») που φέρει μοτίβα δέσμευσης ATP και πρόσδεσης στο DNA σε κάθε άκρο της, συνδεδεμένα με σπειρωμένα σπειράματα που ενώνονται μέσω μιας περιοχής άρθρωσης. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

32. Εικόνα 23.31Οι δύο βραχίονες μιας κοντενσίνης αναδιπλώνονται σε γωνία 6°. Οι κοχεσίνες έχουν πιο ανοικτή στερεοδιαμόρφωση, με γωνία 86° ανάμεσα στους δύο βραχίονές τους. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

33. Εικόνα 23.32Οι πρωτεΐνες SMC διμερίζονται με αντιπαράλληλες αλληλεπιδράσεις των κεντρικών σπειρωμένων σπειραμάτων τους. Και τα δύο άκρα κάθε υπομονάδας έχουν μοτίβα δέσμευσης ATP και πρόσδεσης στο DNA. Οι κοχεσίνες μπορούν να σχηματίζουν μια εκτεταμένη δομή που επιτρέπει τη σύνδεση δύο διαφορετικών μορίων DNA. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

34. Εικόνα 23.33Οι κοντενσίνες μπορούν να λυγίζουν στην άρθρωσή τους, προκαλώντας έτσι τη συμπύκνωση του DNA. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

35. Εικόνα 23.34Οι κοχεσίνες μπορούν να διμεριστούν με ενδομοριακές αλληλεπιδράσεις και να σχηματίσουν στη συνέχεια πολυμερή που συνδέονται τόσο στα άκρα των υπομονάδων όσο και στην άρθρωσή τους. Μια τέτοια δομή θα μπορούσε να συγκρατεί δύο μόρια DNA περιβάλλοντάς τα. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

36. Εικόνα 23.35Οι κοντενσίνες εντοπίζονται σε ολόκληρο το μήκος ενός μιτωτικού χρωμοσώματος. Το DNA είναι χρωματισμένο κόκκινο ενώ οι κοντενσίνες κίτρινες. Η φωτογραφία είναι ευγενική προσφορά της Ana Losada και του Tatsuya Hirano. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

37. Εικόνα 23.36Το πρότυπο της μεθυλίωσης μπορεί να διαιωνιστεί από ένα ένζυμο που αναγνωρίζει ως υπόστρωμα μόνο τις ημιμεθυλιωμένες θέσεις. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

38. Εικόνα 23.37Το πρότυπο μεθυλίωσης ελέγχεται από τρεις τύπους ενζύμων, από τους οποίους έχουν χαρακτηριστεί η de novo μεθυλοτρανσφεράση και η μεθυλοτρανσφεράση διατήρησης, ενώ οι απομεθυλάσες δεν έχουν ταυτοποιηθεί ακόμη. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

39. Εικόνα 23.38Το DNA μπορεί να απομεθυλιωθεί αφαιρώντας τη μεθυλομάδα, τη μεθυλιωμένη βάση ή ολόκληρο το μεθυλιωμένο νουκλεοτίδιο. Η αφαίρεση της βάσης ή του νουκλεοτιδίου απαιτεί την αντικατάστασή τους από ένα σύστημα επιδιόρθωσης. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

40. Εικόνα 23.39Το τυπικό πρότυπο εντυπώματος προβλέπει ότι ένα μεθυλιωμένο αλληλόμορφο είναι ανενεργό. Εάν το αλληλόμορφο αυτό είναι μητρικής προέλευσης, τότε παραμένει ενεργό μόνο το πατρικό αλληλόμορφο, το οποίο καθίσταται, έτσι, απαραίτητο για την επιβίωση. Κατά το σχηματισμό των γαμετών, το πρότυπο μεθυλίωσης επανέρχεται στην αρχική του κατάσταση, έτσι ώστε όλα τα σπερματοκύτταρα να φέρουν τον πατρικό τύπο και όλα τα ωοκύτταρα το μητρικό. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

41. Εικόνα 23.40Η περιοχή ICR είναι μεθυλιωμένη στο πατρικό αλληλόμορφο, όπου το Igf2 είναι ενεργό και το H19 ανενεργό. Η ICR είναι μη μεθυλιωμένη στο μητρικό αλληλόμορφο, όπου το Igf2 είναι ανενεργό και το H19 ενεργό. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

42. Εικόνα 23.41Η μη μεθυλιωμένη περιοχή ICR προσδένει την πρωτεΐνη CTCF και δρα ως μονωτής που παρεμποδίζει έναν παρακείμενο ενισχυτή να ενεργοποιήσει το Igf2. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

43. Εικόνα 23.42Δε γνωρίζουμε τι ακριβώς συμβαίνει στα πρωτεϊνικά σύμπλοκα της χρωματίνης κατά τη διάρκεια της αντιγραφής. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

44. Εικόνα 23.43Οι ακετυλιωμένοι πυρήνες των νουκλεοσωμάτων συντηρούνται και διανέμονται τυχαία στα ινίδια της θυγατρικής χρωματίνης κατά την αντιγραφή. Κάθε θυγατρικό ινίδιο αποτελείται από ένα μείγμα παλαιών (ακετυλιωμένων) και καινούριων (μη ακετυλιωμένων) νουκλεοσωμικών πυρήνων. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

45. Εικόνα 23.44Η μορφή της πρωτεΐνης Sup35 καθορίζει τη δυνατότητα τερματισμού της μετάφρασης. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

46. Εικόνα 23.45Η νεοσυντιθέμενη πρωτεΐνη Sup35 μετατρέπεται στη μορφή [PSI+], εφόσον υπάρχει μέσα στο κύτταρο η ανώμαλη αυτή μορφή της πρωτεΐνης. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

47. Εικόνα 23.46Καθαρή πρωτεΐνη με μορφή [PSI+] μπορεί να μετατρέψει το φαινότυπο της ζύμης από [psi-] σε [PSI+]. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

48. Εικόνα 23.47Η πρωτεΐνη PrPScμπορεί να μολύνει ένα ζώο μόνο εάν αυτό φέρει ενδογενή πρωτεΐνη PrPC του ίδιου τύπου. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004